JP2004074312A

JP2004074312A - Cutting tool

Info

Publication number: JP2004074312A
Application number: JP2002234831A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kato; 加藤　英喜; Makoto Nomura; 野村　誠
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting tool provided with a hard film stably and favorably exhibiting cutting performances such as abrasion resistance, and also to provide a tool with a holder. <P>SOLUTION: This cutting tool 1 is a throwaway tip formed by polishing a base material 3, which is composed of a cemented carbide hard material equivalent to JIS standards K10, into a shape of ISO standards DCGT11T301 and forming the hard film 5 on its surface. This cutting tool 1 is formed with the TiAlN-based hard film 5 with thickness within 0.5-5μm coated on its base material 3. The mean grain size of the grains comprising the heard film 5 is 1μm or less. The ratio of the tip side thickness Te to the inside thickness Ti of the hard film 5 of this cutting tool 1 is set within 1.0≤Te/Ti≤1.5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性や耐欠損性等に優れた硬質被膜を表面に被覆した切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超硬合金やサーメット等、高い耐摩耗性を要求される切削工具は、工具の基材表面に、ＴｉＮやＴｉＣＮ等の硬質被膜を形成することにより、耐摩耗性の向上が図られている。
【０００３】
特に物理蒸着法（ＰＶＤ）は、低温での硬質被膜の形成が可能なため、基材の強度低下を生じることなく、耐摩耗性の向上が図れるため、近年益々その用途が広がっている。
しかし、この物理蒸着法は、被覆温度が低いことにより、化学蒸着法（ＣＶＤ）に比べて、基材との密着強度が低いという傾向がある。
【０００４】
また、物理蒸着法により形成された硬質被膜は、通常、残留圧縮応力が高いために、特に刃先が鋭い（鋭角な刃先の）切削工具に使用した場合には、硬質被膜が自身の応力に耐えられずに、自己破壊を起こして基材が露出することがあり、その場合には、切削性能が安定しなかったり、最悪の場合には、性能の低下を招くことがあった。
【０００５】
この対策として、従来より、硬質被膜の剥離を生じない範囲に被覆条件を調整して、コーティングを実施している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状では、コーティングのバラツキや、基材の形状、表面状態等の影響で、剥離を完全に抑制するのは困難な状態にある。
また、剥離を生じないコーティングの条件として、被膜の膜厚を薄くしたり、金属成分比を高めて軟被膜にする方法が考えられているが、この場合には、性能が低下する傾向にあり、性能的に満足のいくものではなかった。
【０００７】
更に、場合によっては、硬質被膜の膜表面に、粗大な粒子が多数存在した状態のこともあり、その粒子の脱落により性能が不安定になるという問題もあった。
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、耐摩耗性等の切削性能を、安定的かつ良好に発揮することができる硬質被膜を備えた切削工具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、物理蒸着法によって、基材の表面に、０．５〜５μｍの厚みの硬質被膜を形成した切削工具において、前記切削工具の刃先先端部におけるすくい面側の硬質被膜の厚み（以下先端側厚みとも記す）Ｔｅと、前記基材の刃先先端部から０．２ｍｍ内部の位置におけるすくい面側の硬質被膜の厚み（以下内側厚みとも記す）Ｔｉとの比Ｔｅ／Ｔｉが、１．０≦Ｔｅ／Ｔｉ≦１．５の範囲内であることを特徴としている。
【０００９】
本発明において、硬質被膜の厚みを、０．５〜５μｍの範囲としたのは、０．５μｍ未満では、所望の切削性能（例えば通常の使用に耐える程度の耐摩耗性）が得られないし、５μｍを超えると、硬質被膜の残留応力が高くなり過ぎるため、被膜の剥離を制御することが困難になり、性能が低下してしまうためである。
【００１０】
特に本発明にて、硬質被膜の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉとの比（以下単に硬質被膜の厚みの比とも記す）Ｔｅ／Ｔｉを、１．５以下としたのは、この範囲では、刃先と内部との残留応力差が少なく、よって、刃先における硬質被覆の剥離の発生を抑制できるとともに、剥離に到らないクラックの発生も抑制できるからである。従って、後の実験例でも示す様に、本発明の切削工具は、耐摩耗性（ひいては耐欠損性や耐熱衝撃性）に優れている。
【００１１】
また、硬質被膜の厚みの比Ｔｅ／Ｔｉを、１．０以上としたのは、１．０未満は、（通常、刃先の方が硬質被膜が厚くなるので）原理的に生ずる可能性は低く、性能的にも満足のいくものではないからである。
尚、ここで、硬質被膜の厚みの比Ｔｅ／Ｔｉとは、後の実施例及び図２等に示す様に、切削工具のすくい面側の角部である刃先先端部におけるすくい面側の硬質被膜の厚み（従ってすくい面からの高さ）Ｔｅと、基材のすくい面側の角部である刃先先端部から０．２ｍｍ内部の位置におけるすくい面側の硬質被膜の厚みＴｉとの比Ｔｅ／Ｔｉである。また、硬質被膜の内側厚みＴｉを測定する位置は、基材の刃先先端部から切削工具の軸中心方向に、０．２ｍｍ内側における厚みである。
【００１２】
（２）請求項２の発明では、前記硬質被膜の厚みＴｅと、前記硬質被膜の厚みＴｉとの比Ｔｅ／Ｔｉが、１．２≦Ｔｅ／Ｔｉ≦１．３の範囲内であることを特徴としている。
本発明は、硬質被膜の厚みの比Ｔｅ／Ｔｉに関して、より好ましい範囲を例示したものである。この範囲であれば、後の実験例に示す様に、耐摩耗性等の一層優れた効果が得られる。
【００１３】
（３）請求項３の発明では、前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミック、及びハイスのうち、いずれか１種を主成分とする硬質材料からなることを特徴としている。
本発明は、基材を構成する硬質材料を例示したものである。尚、基材の全材料が、前記硬質材料のみからなるものが一層好適である。
【００１４】
（４）請求項４の発明では、前記硬質被膜は、下記式（１）で表される材料からなることを特徴としている。
（Ｔｉ_ｘ、Ａｌ_ｙ、Ｍｅ_ｚ）_ａ（Ｎ_α、Ｃ_β、Ｏ_γ、Ｂ_δ）_ｂ・・（１）
但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１　　　（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）
α＋β＋γ＋δ＝１　（０≦α、β、γ、δ≦１）
０．８≦ａ／ｂ≦１．２
本発明は、硬質被膜を構成する材料（例えば固溶体）を例示したものである。尚、Ｍｅは、金属成分を示している。
【００１５】
例えばＴｉＡｌ系の硬質被膜の場合には、金属成分として、ＴｉＡｌに特に限定されるものではなく、高硬度で高耐摩耗性の被膜を形成し得るものであれば、ＴｉＡｌ合金に４ａ，５ａ，６ａ族金属やＳｉ、Ｙおよび希土類元素等の金属成分を若干固溶した組成の物でも良い。また、ＴｉとＡｌ、あるいはその他の金属成分比も特に限定されるものではない。さらに、金属成分以外に含有される軽元素においても、窒素のみでなく、炭素や酸素、ホウ素等からなる化合物であっても良い。
【００１６】
（５）請求項５の発明では、前記硬質被膜は、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、及びＴｉＣＮのうち、いずれか１種を主成分とする材料からなることを特徴としている。
本発明は、硬質被膜を構成する好適な材料（例えば固溶体）を例示したものである。尚、硬質被膜の全材料が、前記材料のみからなるものが一層好適である。
【００１７】
（６）請求項６の発明では、前記硬質被膜の平均粒径が、１μｍ以下であることを特徴としている。
つまり、硬質被膜を構成する成分の粒子の平均粒径が、１μｍ以下の場合には、後の実験例に示す様に、硬質被膜の強度が高く、高い耐摩耗性等の優れた切削性能が得られる。
【００１８】
（７）請求項７の発明では、前記切削工具が、スローアウェイチップであることを特徴としている。
本発明は、切削工具が、スローアウェイチップとして用いられる工具であることを例示したものである。
【００１９】
（８）請求項８の発明では、前記スローアウェイチップをホルダに取り付けたことを特徴としている。
つまり、通常、スローアウェイチップはホルダに取り付けられて使用されるので、ここでは、ホルダにスローアウェイチップを取り付けたものを規定したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の切削工具の実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の切削工具について説明する。
【００２１】
尚、図１は、切削工具の硬質被膜の一部を破断して示す斜視図である。
図１に示す様に、本実施例の切削工具１は、ＪＩＳ規格Ｋ１０相当の超硬合金（例えばＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金）の硬質材料からなる基材３を、ＩＳＯ規格ＤＣＧＴ１１Ｔ３０１の形状に研磨加工し、その表面に硬質被膜５を形成したスローアウェイチップである。
【００２２】
つまり、切削工具１は、図１の上方であるすくい面（主面側）７の方が広い略菱形の板状で、その中央に固定用の貫通孔９が開けられたポジチップであり、基材３の表面には、厚さ０．５〜５μｍ（例えば平均３μｍ）の範囲内のＴｉＡｌＮ系の硬質被膜５が形成されている。尚、この硬質被膜５としては、例えば（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎからなり、そのＴｉ／Ａｌ比＝１の硬質被膜５を採用できる。
【００２３】
また、本実施例では、硬質被膜５を構成する粒子（ＴｉＡｌＮの粒子）の平均粒径が、１μｍ以下である。
特に、本実施例では、図２に示す様に、硬質被膜５の厚みが設定されている。
つまり、本実施例では、切削工具１のすくい面７側の角部である刃先先端部（即ち工具１の先端部分）１１において、基材３のすくい面７側の表面１３から工具表面までの高さとして、すくい面７側の硬質被膜５の厚み（先端側厚み）Ｔｅが規定されている。また、基材３のすくい面７側の角部である刃先先端部（即ち基材３の先端部分）１５から０．２ｍｍ内部の位置において、基材３のすくい面７側の表面１３から工具表面までの高さとして、すくい面７側の硬質被膜５の厚み（内側厚み）Ｔｉが規定されている。
【００２４】
尚、硬質被膜５の内側厚みＴｉを測定する位置は、刃先先端部１５から切削工具１の軸中心（重心を板厚方向に貫く軸）方向に向かって、０．２ｍｍだけ内側における厚みである。
そして、前記先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉとの比（硬質被膜の厚みの比）Ｔｅ／Ｔｉが、１．０≦Ｔｅ／Ｔｉ≦１．５の範囲内（例えば１．２）となるように、硬質被膜５が形成されている。
【００２５】
上述した切削工具１は、図３に上面又は図４に正面を示す様に、略四角柱状の金属製（例えば鉄鋼製）のホルダ１７の先端において、切削工具１の形状に合わせて設けられた凹状の固定部１９に嵌め込まれ、自身の貫通孔９に通されるネジ２１により固定される。
【００２６】
そして、この切削工具１によって、ワーク（図示せず）を加工する場合には、ホルダ１７に取り付けられた切削工具１の先端を、回転するワークに押し当てる様にして、切削する。
ｂ）次に、前記切削工具１の製造方法を説明する。
【００２７】
・まず、基材３の材料であるＷＣ粉末とＣｏ粉末とを所定量秤量した後に、湿式にて混合粉砕を行う。
・次に、粉砕した材料に、パラフィンを２重量％添加し、乾燥・造粒を行い、成型用粉末を得る。
【００２８】
・次に、得られた粉末を、所定のポジチップ形状に金型成形し、真空中で焼成する。
・次に、この焼成物を研磨して、所定の寸法公差の範囲内の基材３とする。
・次に、この基材３に対して、ＴｉＡｌＮ系のＰＶＤコーティング、具体的にはアークイオン式物理蒸着法によるコーティングを実施して、基材３表面に硬質被膜を形成し、切削工具１を完成する。
【００２９】
尚、物理蒸着を行う際の被覆時間（コーティング時間）を調整することにより、硬質被膜の膜厚を調整する。
ｃ）次に、本実施例の切削工具１の効果について説明する。
上述した様に、本実施例の切削工具１は、硬質被膜５の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉとの比Ｔｅ／Ｔｉが、１．０≦Ｔｅ／Ｔｉ≦１．５の範囲内であるので、長期にわたって、耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性等の切削性能が優れているという顕著な効果を奏する。
【００３０】
また、本実施例の切削工具１は、硬質被膜５の平均粒径が１μｍ以下であるので、切削加工を行う際に、硬質被膜５の強度が高いという利点がある。
ｄ）次に、本実施例の効果を確認するための実験例について説明する。
▲１▼上述した実施例の製造方法にて製造した基材に対し、下記ＰＶＤ条件でアークイオン式物理蒸着法によるコーティングを実施して、基材表面に硬質被膜を形成した。これによって、実験に供する本発明（請求項１）の範囲内の試料Ｎｏ．２〜５、７の切削工具を製造した。
【００３１】
＜ＰＶＤ条件＞
反応ガス圧　　　：１．３３Ｐａ
基材温度　　　　：５００〜６５０℃
バイアス電圧　　：−１００Ｖ
アーク電流　　　：１５０Ａ
コーティング時間：１０〜６０ｍｉｎ
尚、試料Ｎｏ．２〜５、７においては、硬質被膜の平均粒径が異なるが、硬質被膜を例えば調節する方法（例えば平均粒径を大きくする方法）としては、例えばコーティングの際の基材温度を高くする方法や、コーティング時間を長くする方法等が挙げられる。
【００３２】
一方、本発明の範囲外の比較例（膜厚の比が範囲外のもの）として、実施例と同様な基材に対して、同様な同じアークイオン式ＰＶＤ装置を使用して被覆を行って、比較例（試料Ｎｏ．１、６、８）の切削工具を得た。
尚、試料Ｎｏ．１〜８においては、硬質被膜の厚みの比Ｔｅ／Ｔｉが異なるが、この比を調節する方法（例えば比を大きくする方法）としては、次の方法が挙げられる。つまり、物理蒸着法によるコーティングの際には、通常、切削工具の中心を治具で保持して蒸着を行うが、物理蒸着法の特性により、蒸着する金属成分は電気伝導性の良い治具の方に多く付着するので、例えば治具の径を大きくすることにより、硬質被膜の厚みの比Ｔｅ／Ｔｉを大きくすることができる。また、例えば切削工具を回転させながら蒸着を行う場合には、回転速度を速めると、金属成分の刃先以外への周り込みが弱まって主に刃先に金属成分が付着する傾向があるので、回転速度を上げる方法が考えられる。
【００３３】
そして、この様にして得られた各試料に対して、蛍光Ｘ線を用いて、硬質被膜の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉとを測定した。その結果を、下記表１に記す。
▲２▼また、前記切削工具を厚み方向に破断し、その硬質被膜の膜断面を走査電子顕微鏡で観察して、硬質被膜の平均粒径を測定した。その結果を、同じく下記表１に記す。
【００３４】
▲３▼更に、前記切削工具をホルダに取り付けて、下記の切削条件にて、切削実験を行った。そして、欠損に到るまでの加工パス数（従って耐摩耗性）を測定した。その結果を、同じく下記表１に記す。
＜切削条件＞
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．０３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．０ｍｍ
被削材　：ＳＵＳ３０３、直径φ１６ｍｍ、厚み（１パス）１０ｍｍ、湿式
刃先処理：無し
【００３５】
【表１】

【００３６】
この表１からも明らかなように、本発明（請求項１）の範囲の切削工具（試料Ｎｏ．２〜５、７）は、比較例に対して、加工数が７０以上と多く、耐摩耗性の切削性能が著しく優れており、これを実際の加工に使用した場合は、安定した加工を長時間行うことが可能となる。また、本発明の請求項６の平均粒径の条件を満たすもの（試料Ｎｏ．２〜５）は、加工数が８０以上と多く、切削性能が一層優れていることが分かる。更に、本発明の請求項２の比の条件を満たすもの（試料Ｎｏ．３、４、７）のうち、特に前記平均粒径の条件を満たすもの（試料Ｎｏ．３、４）は、加工数が１００と多く、切削性能がより一層優れていることが分かる。
【００３７】
つまり、本発明の切削工具は、非常に優れた切削性能を、安定して長期に渡って実現することができるという顕著な効果を奏する。
それに対して、比較例のもの（試料Ｎｏ．１、６、８）は、耐摩耗性の切削性能が劣っており、好ましくない。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００３８】
図５に示す様に、本実施例の切削工具３１は、前記実施例１と同様に、基材３３の表面に硬質被膜３５が形成されているが、前記実施例１と同様なポジチップではなく、刃先が直角になったネガチップである。
本実施例でも、前記実施例１と同様に、先端側厚みＴｅや内側厚みＴｉ等が規定されている。
【００３９】
従って、本実施例の切削工具も、前記実施例１と同様な効果を奏する。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４０】
図６に示す様に、本実施例の切削工具４１は、前記実施例１と同様なポジチップであり、基材４３の表面に硬質被膜４５を備えているが、基材４３の刃先先端部３７に、角部を平面状にカットした面取り（チャンファ）３９が形成されている点が大きく異なる。
【００４１】
本実施例でも、前記実施例１と同様に、先端側厚みＴｅや内側厚みＴｉ等が規定されているが、特に、内側厚みＴｉにおける０．２ｍｍの位置の測定は、チャンファ３９の上端から図るものとする。
従って、本実施例の切削工具も、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【００４２】
尚、丸く面取りした場合も同様に、面取り部分がすくい面に達した位置から０．２ｍｍの位置にて、硬質被膜の厚みの測定を行う。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例２と同様な箇所の説明は省略する。
【００４３】
図７に示す様に、本実施例の切削工具５１は、前記実施例２と同様なネガチップであり、基材５３の表面に硬質被膜５５を備えているが、基材５３の刃先先端部５７に、角部を平面状にカットした面取り（チャンファ）５９が形成されている点が大きく異なる。
【００４４】
本実施例でも、前記実施例２と同様に、先端側厚みＴｅや内側厚みＴｉ等が規定されているが、特に、内側厚みＴｉにおける０．２ｍｍの位置の測定は、前記実施例３と同等に、チャンファ５９の上端から図るものとする。
従って、本実施例の切削工具も、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【００４５】
尚、丸く面取りした場合も同様に、面取り部分がすくい面に達した位置から０．２ｍｍの位置にて、硬質被膜の厚みの測定を行う。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００４６】
（１）例えば切削工具の基材の材料としては、前記超硬合金以外に、サーメット、セラミック、及びハイス等の各種の硬質材料を使用することができる。
（２）また、前記硬質被膜の材料としては、ＴｉＡｌＮ以外に、他の周知の硬質被膜の材料を採用することが可能である。
【００４７】
（３）更に、前記硬質被膜は、アークイオン式物理蒸着により形成することが好ましいが、他の周知の物理蒸着の方法を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の切削工具を示す斜視図である。
【図２】実施例１の切削工具の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉを示す説明図である。
【図３】実施例１の切削工具をホルダに取り付けた状態を示す上面図である。
【図４】実施例１の切削工具をホルダに取り付けた状態を示す正面図である。
【図５】実施例２の切削工具の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉを示す説明図である。
【図６】実施例３の切削工具の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉを示す説明図である。
【図７】実施例４の切削工具の先端側厚みＴｅと内側厚みＴｉを示す説明図である。
【符号の説明】
１、３１、４１、５１…切削工具
３、３３、４３、５３…基材
５、３３、４３、５３…硬質被膜
１１、１５、３７、５７…刃先先端部
１３…すくい面
１７…ホルダ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting tool having a surface coated with a hard coating having excellent wear resistance, chipping resistance and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, cutting tools that require high wear resistance, such as cemented carbides and cermets, have been improved in wear resistance by forming a hard coating such as TiN or TiCN on the surface of the base material of the tool. ing.
[0003]
In particular, the physical vapor deposition (PVD) method is capable of forming a hard coating at a low temperature, and can improve the wear resistance without causing a decrease in the strength of the base material.
However, this physical vapor deposition method tends to have lower adhesion strength to a substrate than a chemical vapor deposition method (CVD) due to a lower coating temperature.
[0004]
Also, hard coatings formed by physical vapor deposition usually have high residual compressive stress, so the hard coatings withstand their own stress, especially when used for cutting tools with sharp edges (sharp edges). In some cases, self-destruction may cause the substrate to be exposed, in which case the cutting performance may not be stable, or in the worst case, the performance may be reduced.
[0005]
As a countermeasure, coating has been conventionally performed by adjusting the coating conditions so that the hard coating does not peel off.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, at present, it is difficult to completely suppress peeling due to variations in the coating, the shape of the substrate, the surface condition, and the like.
Further, as a condition of the coating that does not cause peeling, a method of reducing the thickness of the coating or increasing the metal component ratio to a soft coating has been considered, but in this case, the performance tends to decrease. It was not satisfactory in performance.
[0007]
Further, in some cases, a large number of coarse particles are present on the surface of the hard coating, and there is a problem that the performance of the particles becomes unstable due to the falling of the particles.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a cutting tool having a hard coating capable of stably and satisfactorily exhibiting cutting performance such as wear resistance. Is to do.
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
(1) The invention according to claim 1 is a cutting tool in which a hard coating having a thickness of 0.5 to 5 μm is formed on the surface of a substrate by a physical vapor deposition method. Ratio Te between the thickness of the hard coating (hereinafter also referred to as the tip side thickness) Te and the thickness of the hard coating on the rake face side (hereinafter also referred to as the inside thickness) Ti at a position 0.2 mm from the tip of the cutting edge of the base material. / Ti is in the range of 1.0 ≦ Te / Ti ≦ 1.5.
[0009]
In the present invention, the thickness of the hard coating is set in the range of 0.5 to 5 μm. If the thickness is less than 0.5 μm, desired cutting performance (for example, wear resistance enough to withstand normal use) cannot be obtained, If the thickness exceeds 5 μm, the residual stress of the hard coating becomes too high, so that it becomes difficult to control the peeling of the coating and the performance is deteriorated.
[0010]
In particular, in the present invention, the ratio Te / Ti (hereinafter, also simply referred to as the ratio of the thickness of the hard coating) between the tip side thickness Te and the inner thickness Ti of the hard coating is set to 1.5 or less. This is because the residual stress difference between the cutting edge and the inside is small, so that the occurrence of peeling of the hard coating on the cutting edge can be suppressed, and the occurrence of cracks that do not lead to the peeling can also be suppressed. Therefore, as shown in the experimental examples described later, the cutting tool of the present invention is excellent in wear resistance (further, chipping resistance and thermal shock resistance).
[0011]
In addition, the reason why the ratio Te / Ti of the thickness of the hard coating is set to 1.0 or more is that if the ratio is less than 1.0, it is unlikely that the hard coating is generated in principle (since the hard coating is usually thicker at the cutting edge). This is because the performance is not satisfactory.
Here, the ratio of the thickness of the hard coating, Te / Ti, refers to the hardness of the rake face at the tip of the cutting edge, which is the corner on the rake face of the cutting tool, as shown in the examples and FIG. Ratio Te between the thickness of the coating (hence the height from the rake face) Te and the thickness Ti of the hard coating on the rake face at a position 0.2 mm from the tip of the cutting edge which is a corner on the rake face side of the substrate. / Ti. The position where the inner thickness Ti of the hard coating is measured is the thickness 0.2 mm inward from the tip of the cutting edge of the base material in the axial center direction of the cutting tool.
[0012]
(2) In the invention of claim 2, the ratio Te / Ti of the thickness Te of the hard coating to the thickness Ti of the hard coating is within a range of 1.2 ≦ Te / Ti ≦ 1.3. Features.
The present invention exemplifies a more preferable range of the thickness ratio Te / Ti of the hard coating. Within this range, more excellent effects such as abrasion resistance can be obtained as shown in the experimental examples described later.
[0013]
(3) The invention according to claim 3 is characterized in that the base material is made of a hard material mainly composed of one of a cemented carbide, a cermet, a ceramic, and a high-speed steel.
The present invention exemplifies a hard material constituting a base material. In addition, it is more preferable that the entire base material is composed of only the hard material.
[0014]
(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the hard coating is made of a material represented by the following formula (1).
_{_{_{(Ti x, Al y, Me}}} z) a (N α, C β, O γ, B δ) b ·· (1)
However, x + y + z = 1 (0 ≦ x, y, z ≦ 1)
α + β + γ + δ = 1 (0 ≦ α, β, γ, δ ≦ 1)
0.8 ≦ a / b ≦ 1.2
The present invention exemplifies a material (for example, a solid solution) constituting a hard coating. Here, Me indicates a metal component.
[0015]
For example, in the case of a TiAl-based hard coating, the metal component is not particularly limited to TiAl, but any metal capable of forming a coating having high hardness and high wear resistance may be used as a metal component. The composition may be a composition in which a metal component such as a Group 6a metal or Si, Y or a rare earth element is slightly dissolved. Further, the ratio of Ti to Al or other metal components is not particularly limited. Further, the light element contained in addition to the metal component may be not only nitrogen but also a compound composed of carbon, oxygen, boron and the like.
[0016]
(5) The invention according to claim 5 is characterized in that the hard coating is made of a material containing any one of TiAlN, TiN, TiC and TiCN as a main component.
The present invention exemplifies a suitable material (for example, a solid solution) for forming a hard coating. It is more preferable that all the materials of the hard coating consist only of the above materials.
[0017]
(6) The invention according to claim 6 is characterized in that the hard coating has an average particle size of 1 μm or less.
In other words, when the average particle diameter of the constituent particles of the hard coating is 1 μm or less, the strength of the hard coating is high, and excellent cutting performance such as high abrasion resistance is obtained as shown in the following experimental example. can get.
[0018]
(7) The invention of claim 7 is characterized in that the cutting tool is a throw-away tip.
The present invention exemplifies that the cutting tool is a tool used as a throw-away insert.
[0019]
(8) The invention according to claim 8 is characterized in that the indexable insert is attached to a holder.
That is, since the throw-away tip is usually used by being attached to the holder, here, the one in which the throw-away tip is attached to the holder is specified.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example (example) of an embodiment of the cutting tool of the present invention will be described.
(Example 1)
a) First, the cutting tool of the present embodiment will be described.
[0021]
In addition, FIG. 1 is a perspective view showing a part of a hard coating of a cutting tool, which is cut away.
As shown in FIG. 1, a cutting tool 1 according to the present embodiment is configured such that a base material 3 made of a hard material of a cemented carbide (e.g., a WC-Co-based cemented carbide) equivalent to JIS K10 is used in a shape of ISO standard DCGT11T301. This is a throw-away chip having a hard coating 5 formed on its surface by polishing.
[0022]
That is, the cutting tool 1 is a positive chip having a substantially rhombic plate-like shape having a wider rake face (principal surface side) 7 in the upper part of FIG. 1 and a fixing through hole 9 formed in the center thereof. On the surface of the material 3, a TiAlN-based hard coating 5 having a thickness in the range of 0.5 to 5 μm (for example, an average of 3 μm) is formed. The hard coating 5 is made of, for example, (Ti, Al) N and has a Ti / Al ratio = 1.
[0023]
In the present embodiment, the average particle diameter of the particles (TiAlN particles) constituting the hard coating 5 is 1 μm or less.
In particular, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the thickness of the hard coating 5 is set.
That is, in the present embodiment, at the cutting edge 1 (that is, the tip portion of the tool 1) 11 which is a corner on the rake face 7 side of the cutting tool 1, the distance from the surface 13 on the rake face 7 side of the base material 3 to the tool surface. As the height, the thickness (tip side thickness) Te of the hard coating 5 on the rake face 7 side is defined. Further, at a position 0.2 mm from the tip of the cutting edge (that is, the tip portion of the base material 3) 15 which is a corner on the rake surface 7 side of the base material 3, the tool 13 The thickness (inner thickness) Ti of the hard coating 5 on the rake face 7 side is defined as the height to the surface.
[0024]
The position at which the inner thickness Ti of the hard coating 5 is measured is the thickness on the inner side of 0.2 mm from the cutting edge 15 toward the axial center of the cutting tool 1 (the axis passing through the center of gravity in the thickness direction). .
Then, the ratio (the ratio of the thickness of the hard coating) Te / Ti of the tip side thickness Te to the inner side thickness Ti is in the range of 1.0 ≦ Te / Ti ≦ 1.5 (for example, 1.2). , A hard coating 5 is formed.
[0025]
The cutting tool 1 described above is provided in accordance with the shape of the cutting tool 1 at the tip of a substantially square pillar-shaped metal (for example, steel) holder 17 as shown in FIG. It is fitted into the concave fixing portion 19 and is fixed by a screw 21 passed through its own through hole 9.
[0026]
When a work (not shown) is processed by the cutting tool 1, the cutting is performed by pressing the tip of the cutting tool 1 attached to the holder 17 against the rotating work.
b) Next, a method for manufacturing the cutting tool 1 will be described.
[0027]
First, a predetermined amount of WC powder and Co powder, which are the materials of the base material 3, is weighed, and then mixed and pulverized by a wet method.
Next, 2% by weight of paraffin is added to the pulverized material, followed by drying and granulation to obtain a molding powder.
[0028]
Next, the obtained powder is molded into a predetermined positive chip shape and fired in a vacuum.
Next, the fired product is polished to obtain the base material 3 within a predetermined dimensional tolerance.
Next, a TiAlN-based PVD coating, specifically, an arc ion physical vapor deposition coating is performed on the substrate 3 to form a hard film on the surface of the substrate 3, and the cutting tool 1 is used. Complete.
[0029]
The thickness of the hard coating is adjusted by adjusting the coating time (coating time) when performing physical vapor deposition.
c) Next, the effect of the cutting tool 1 of the present embodiment will be described.
As described above, in the cutting tool 1 of the present embodiment, the ratio Te / Ti of the tip side thickness Te and the inner side thickness Ti of the hard coating 5 is in the range of 1.0 ≦ Te / Ti ≦ 1.5. Therefore, there is a remarkable effect that cutting performance such as wear resistance, chipping resistance, and thermal shock resistance is excellent over a long period of time.
[0030]
Further, the cutting tool 1 of the present embodiment has an advantage that the strength of the hard coating 5 is high when the cutting work is performed since the average particle size of the hard coating 5 is 1 μm or less.
d) Next, an experimental example for confirming the effect of the present embodiment will be described.
{Circle around (1)} The base material manufactured by the manufacturing method of the above-described embodiment was coated by the arc ion physical vapor deposition method under the following PVD conditions to form a hard coating on the base material surface. As a result, the sample No. within the scope of the present invention (Claim 1) to be used for the experiment was obtained. 2 to 5, 7 cutting tools were manufactured.
[0031]
<PVD conditions>
Reaction gas pressure: 1.33 Pa
Substrate temperature: 500-650 ° C
Bias voltage: -100V
Arc current: 150A
Coating time: 10-60 min
In addition, sample No. In Examples 2 to 5 and 7, the average particle size of the hard coating is different. For example, a method of adjusting the hard coating (for example, a method of increasing the average particle size) is a method of increasing the substrate temperature during coating. And a method of extending the coating time.
[0032]
On the other hand, as a comparative example (thickness ratio is out of the range) outside the range of the present invention, the same substrate as in the example was coated using the same arc ion type PVD apparatus. And cutting tools of Comparative Examples (Sample Nos. 1, 6, and 8) were obtained.
In addition, sample No. In Nos. 1 to 8, the thickness ratio Te / Ti of the hard coating is different, but the following method can be used as a method for adjusting the ratio (for example, a method for increasing the ratio). In other words, during coating by physical vapor deposition, usually, the center of the cutting tool is held by a jig for vapor deposition, but due to the characteristics of physical vapor deposition, the metal component to be vapor deposited is a jig with good electrical conductivity. Therefore, for example, by increasing the diameter of the jig, the thickness ratio Te / Ti of the hard coating can be increased. In addition, for example, when vapor deposition is performed while rotating a cutting tool, if the rotation speed is increased, the metal component tends to wrap around other than the cutting edge and the metal component tends to adhere mainly to the cutting edge. Can be raised.
[0033]
Then, for each of the samples thus obtained, the tip side thickness Te and the inside thickness Ti of the hard coating were measured using fluorescent X-rays. The results are shown in Table 1 below.
{Circle around (2)} The cutting tool was broken in the thickness direction, and the cross section of the hard coating was observed with a scanning electron microscope to measure the average particle size of the hard coating. The results are also shown in Table 1 below.
[0034]
{Circle around (3)} Further, the cutting tool was attached to a holder, and a cutting experiment was performed under the following cutting conditions. Then, the number of processing passes (and thus wear resistance) up to the loss was measured. The results are also shown in Table 1 below.
<Cutting conditions>
Cutting speed: 150m / min
Feed speed: 0.03 mm / rev
Cut: 1.0mm
Work material: SUS303, diameter φ16 mm, thickness (1 pass) 10 mm, wet edge treatment: none
[Table 1]

[0036]
As is clear from Table 1, the cutting tools (samples Nos. 2 to 5 and 7) in the range of the present invention (claim 1) have a large number of machining of 70 or more compared with the comparative example, and have abrasion resistance. The cutting performance is extremely excellent, and when this is used for actual processing, stable processing can be performed for a long time. In addition, those which satisfy the condition of the average particle diameter according to claim 6 of the present invention (samples Nos. 2 to 5) have a large number of processings of 80 or more, and it can be seen that the cutting performance is further excellent. Further, among the samples satisfying the condition of the ratio of claim 2 of the present invention (samples No. 3, 4, 7), those satisfying the condition of the average particle diameter (samples No. 3, 4) are particularly processed. Is 100, which indicates that the cutting performance is more excellent.
[0037]
That is, the cutting tool of the present invention has a remarkable effect that extremely excellent cutting performance can be stably realized over a long period of time.
On the other hand, those of the comparative examples (samples Nos. 1, 6, and 8) are inferior in wear resistance cutting performance, and thus are not preferable.
(Example 2)
Next, a second embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0038]
As shown in FIG. 5, the cutting tool 31 of the present embodiment has a hard coating 35 formed on the surface of a base material 33 as in the first embodiment, but is not a positive tip as in the first embodiment. , A negative tip with a right-angled cutting edge.
Also in this embodiment, the tip side thickness Te, the inside thickness Ti, and the like are defined as in the first embodiment.
[0039]
Therefore, the cutting tool of the present embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
(Example 3)
Next, a third embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0040]
As shown in FIG. 6, the cutting tool 41 of this embodiment is a positive tip similar to that of the first embodiment, and has a hard coating 45 on the surface of a base material 43. The difference is that a chamfer (chamfer) 39 whose corner is cut in a plane is formed.
[0041]
In this embodiment, the tip side thickness Te, the inside thickness Ti, and the like are defined as in the first embodiment. In particular, the measurement of the 0.2 mm position in the inside thickness Ti is performed from the upper end of the chamfer 39. Shall be.
Therefore, the cutting tool of the present embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
[0042]
In the case of round chamfering, similarly, the thickness of the hard coating is measured at a position 0.2 mm from the position where the chamfered portion reaches the rake face.
(Example 4)
Next, a fourth embodiment will be described, but the description of the same parts as in the second embodiment will be omitted.
[0043]
As shown in FIG. 7, the cutting tool 51 of this embodiment is a negative chip similar to that of the second embodiment, and has a hard coating 55 on the surface of the base material 53. The difference is that a chamfer (chamfer) 59 whose corner is cut into a plane is formed.
[0044]
In this embodiment, the tip side thickness Te, the inner thickness Ti, and the like are defined as in the second embodiment. In particular, the measurement of the position of 0.2 mm in the inner thickness Ti is the same as that in the third embodiment. First, the top of the chamfer 59 is taken.
Therefore, the cutting tool of the present embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
[0045]
In the case of round chamfering, similarly, the thickness of the hard coating is measured at a position 0.2 mm from the position where the chamfered portion reaches the rake face.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
[0046]
(1) For example, various hard materials such as cermet, ceramic, and high-speed steel can be used as the material of the base material of the cutting tool, in addition to the cemented carbide.
(2) As the material of the hard coating, other well-known materials of the hard coating can be employed in addition to TiAlN.
[0047]
(3) Further, the hard coating is preferably formed by arc ion physical vapor deposition, but other known methods of physical vapor deposition can also be adopted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a cutting tool according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view showing a tip side thickness Te and an inside thickness Ti of the cutting tool of the first embodiment.
FIG. 3 is a top view illustrating a state in which the cutting tool according to the first embodiment is attached to a holder.
FIG. 4 is a front view showing a state in which the cutting tool according to the first embodiment is attached to a holder.
FIG. 5 is an explanatory view showing a tip side thickness Te and an inner side thickness Ti of the cutting tool according to the second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a tip side thickness Te and an inside thickness Ti of the cutting tool according to the third embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a tip side thickness Te and an inside thickness Ti of the cutting tool according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 31, 41, 51

cutting tool

3, 33, 43, 53

base material

5, 33, 43, 53

hard coating

11, 15, 37, 57 cutting edge 13 rake face 17 holder

Claims

In a cutting tool in which a hard coating having a thickness of 0.5 to 5 μm is formed on the surface of a base material by physical vapor deposition,
The ratio Te / Ti of the thickness Te of the hard coating on the rake face at the tip of the cutting tool to the thickness Ti of the hard coating on the rake face at a position within 0.2 mm from the tip of the cutting edge of the base material is: , 1.0 ≦ Te / Ti ≦ 1.5.

The ratio Te / Ti between the thickness Te of the hard coating and the thickness Ti of the hard coating is in a range of 1.2 ≦ Te / Ti ≦ 1.3, according to claim 1, wherein: Cutting tools.

The cutting tool according to claim 1, wherein the base material is made of a hard material containing any one of a hard metal, a cermet, a ceramic, and a high-speed steel.

The cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard coating is made of a material represented by the following formula (1).
_{_{_{(Ti x, Al y, Me}}} z) a (N α, C β, O γ, B δ) b ·· (1)
However, x + y + z = 1 (0 ≦ x, y, z ≦ 1)
α + β + γ + δ = 1 (0 ≦ α, β, γ, δ ≦ 1)
0.8 ≦ a / b ≦ 1.2

The cutting tool according to claim 1, wherein the hard coating is made of a material containing any one of TiAlN, TiN, TiC, and TiCN as a main component.

The cutting tool according to any one of claims 1 to 5, wherein the hard coating has an average particle size of 1 µm or less.

The cutting tool according to claim 1, wherein the cutting tool is a throw-away tip.

The cutting tool according to claim 7, wherein the indexable insert is attached to a holder.